È stato confermato che la gigantesca aurora uniforme vista da terra nella notte di Natale del 2022 è un’aurora di pioggia polare. Questa è stata la prima osservazione da terra dell'aurora polare. A differenza delle aurore tipiche che sono guidate dagli elettroni incidenti immagazzinati nella coda magnetica della magnetosfera terrestre, l’aurora polare della pioggia è formata da elettroni che viaggiano direttamente dalla corona solare alle regioni polari della terra lungo linee di campo magnetico aperte per culminare in “aurore polari”. pioggia” precipitazione di elettroni che danno origine a emissioni ottiche in seguito all'interazione con gli atomi di ossigeno e azoto nell'atmosfera.
La storia delle aurore, i colorati spettacoli di luci abbaglianti (chiamati aurora boreale o aurora boreale nella regione del polo nord e aurora australe o aurora australe nella regione del polo sud) inizia nello strato coronale dell'atmosfera solare. La temperatura di questo strato atmosferico solare è estremamente elevata. Mentre la temperatura del strato della fotosfera (che viene trattata come superficie del sole perché è ciò che possiamo osservare con la luce) è di circa 6000 Kelvin, la temperatura media della corona è compresa tra 1 e 2 milioni di Kelvin a causa del "paradosso del riscaldamento coronale". Una temperatura così elevata rende la corona uno strato di plasma surriscaldato. Il vento solare composto da particelle caricate elettricamente altamente energetiche (come elettroni, protoni, particelle alfa e ioni pesanti) emana continuamente dallo strato coronale in tutte le direzioni, inclusa quella della Terra.
Il viaggio di andata delle particelle cariche di energia dal sole alla terra non è semplice e diretto. Normalmente le particelle ionizzate vengono deviate dal campo magnetico terrestre (magnetosfera) quindi le forme di vita e gli impianti elettrici sulla terra rimangono indenni dagli effetti dannosi del vento solare.
Tuttavia, in caso di espulsione massiccia di particelle cariche dal sole, come nel caso dell'espulsione di massa coronale (CME), la magnetosfera terrestre viene sopraffatta e si verifica una tempesta magnetica. La tempesta sollecita la magnetosfera finché non scatta indietro scagliando alcune particelle cariche verso la Terra.
La banda retrattile del campo magnetico trascina gli elettroni del vento solare verso le regioni polari dove si osservano le aurore a 100-300 km sopra la superficie nell'alta atmosfera. Il contributo dei protoni e di altri ioni nel vento solare nella formazione dell'aurora è trascurabile.
L'aurora è fondamentalmente un'emissione ottica di atomi di ossigeno e azoto eccitati da elettroni energetici che precipitano dalla magnetosfera lungo le linee chiuse del campo magnetico terrestre (la precipitazione energetica degli elettroni o EEP si riferisce alla deposizione di energia di elettroni nell'atmosfera). L'interazione degli elettroni energetici con l'ossigeno nell'atmosfera è responsabile dei colori verde e rosso mentre l'interazione con l'azoto porta alla produzione di tonalità blu e rosso intenso.
Pertanto, la formazione dell'aurora è guidata dagli elettroni incidenti immagazzinati nella coda magnetica (la regione della magnetosfera terrestre che viene trascinata dal vento solare in un'ampia coda in direzione opposta al sole). Gli elettroni immagazzinati nella magnetosfera vengono energizzati dalla forzatura del vento solare e poi precipitano nell’atmosfera a raffiche nelle regioni polari per dare origine all’aurora.
Aurora di pioggia polare
Tuttavia, raramente, le aurore sono formate da elettroni che viaggiano direttamente dalla corona solare alle regioni polari della terra lungo le linee del campo magnetico aperto per culminare nella precipitazione di elettroni della “pioggia polare”. Tale precipitazione di elettroni risulta essere intensa quando la densità del vento solare è bassa. Le emissioni ottiche causate da tali elettroni sono deboli e l'aurora che si forma è chiamata “aurora di pioggia polare”.
Le aurore polari sono state osservate in poche occasioni dallo spazio dai satelliti. Tuttavia, nessun caso è mai stato rilevato dalle strutture a terra.
Il 25th all'26 ottobreth Dicembre 2022, un'aurora atipica è stata catturata dalle telecamere terrestri nella regione artica quando il vento solare era quasi scomparso. L'aurora osservata era uniforme e di dimensioni gigantesche. Non sembrava una tipica aurora. Una tipica aurora della calotta polare è uno spettacolo di luci colorato e abbagliante che mostra uno schema dinamico di luci simili a un arcobaleno. Può apparire come tende, raggi, spirali o come sfarfallio mutevole. Aurora Theta appare come la lettera greca theta (un ovale con una linea che attraversa il centro) se osservato dall'alto dai satelliti. Le theta aurore sono anche chiamate 'archi transpolari' a causa della comparsa di archi su larga scala se visti dall'alto. 'Archi allineati al sole.' sono piccoli e deboli archi aurorali osservati da osservatori a terra. Un'estremità degli archi è diretta verso il Sole, quindi chiamata 'Archi allineati al sole. '
L'aurora osservata nella notte di Natale del 2022 era uniforme, diffusa e di dimensioni gigantesche. Non sembrava un'aurora tipica, quindi si pensava fosse un'aurora di pioggia polare. Per confermarlo, i ricercatori hanno studiato questo aspetto utilizzando dati satellitari e terrestri.
Le immagini satellitari hanno mostrato che all’inizio la regione della calotta polare era completamente vuota. La calotta polare ha iniziato a riempirsi di una debole aurora diffusa il 25th Dicembre. Successivamente, quasi tutta la regione della calotta polare venne presto ricoperta da emissioni intense ma meno strutturate. Questo riempimento su larga scala della calotta polare da parte di aurore diffuse è continuato per circa 28 ore. L'intensa emissione all'interno della calotta polare ha iniziato ad attenuarsi la mattina del 26th Dicembre e nel giro di poche ore, la struttura dell'aurora era tornata alla distribuzione normale e la calotta polare era di nuovo vuota.
La precipitazione degli elettroni della pioggia polare avviene generalmente in un solo emisfero a seconda dell'orientamento del campo magnetico interplanetario (IMF). Immagini satellitari simultanee hanno mostrato un completo riempimento della calotta polare nell'emisfero settentrionale mentre la calotta polare dell'emisfero meridionale era vuota. Questa asimmetria interemisferica osservata e l’orientamento previsto del FMI suggerivano fortemente che l’aurora su larga scala rilevata all’interno della calotta polare dell’emisfero settentrionale fosse un’aurora polare di pioggia. L'asimmetria interemisferica è stata osservata anche nei dati degli elettroni. Inoltre, la correlazione tra il momento della scomparsa del vento solare e quello del riempimento della calotta polare era molto buona.
Le misurazioni ottiche effettuate da una struttura a terra nella città artica di Longyearbyen il 25th -26th December ha dimostrato che gli elettroni ad alta energia (>1 keV) costituiscono il componente principale della precipitazione elettronica. Il satellite ha osservato anche un afflusso di elettroni ad alta energia. Di conseguenza, l’aurora era visibile da terra come emissioni verdastre brillanti.
In uno studio precedente, era stato dimostrato che l’aurora polare si muove in direzione opposta al sole a una velocità di 150 metri/sec. Nel caso dell’aurora atipica osservata nella notte di Natale del 2022, l’analisi dei dati ottici in sezione trasversale ha indicato che l’aurora si propagava nella direzione anti-sole, tuttavia la velocità dell’aurora vista da terra era da due a tre volte più veloce.
Pertanto, la gigantesca aurora uniforme visibile da terra nella notte di Natale del 2022 era un’aurora di pioggia polare. Questa è stata la prima osservazione da terra dell’aurora polare, un aspetto unico della complessa connessione Sole-Terra.
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Riferimenti:
- Hosokawa, K. et al 2024. Aurora eccezionalmente gigantesca nella calotta polare in un giorno in cui il vento solare è quasi scomparso. LA SCIENZA AVANZA. 21 giugno 2024. Vol 10, numero 25. DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.adn5276
- SWPC, NOAA. Aurora. Disponibile a https://www.swpc.noaa.gov/phenomena/aurora
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